Методология экспериментальной оценки накопления повреждений многоцикловой усталости, вибропрочности и пределов выносливости лопаток турбомашин

• Автор: Капралов, Владимир Михайлович
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 268 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Анализ современного состояния науки и практического опыта об оценках прочности, надежности и ресурса

2. Экспериментальные методы оценки напряженности и сопротивляемости переменным напряжениям образцов и деталей ГТУ и использование их для определения надежности. Объекты

исследования

2.1. Оценка надежности лопаток турбокомпрессоров методом тензометрирования

2.1.1 Измерение деформаций основных деталей ГТУ при их эксплуатации и в стендовых

условиях

2.1.2. Точность измерения переменных механических напряжений

2.1.2.1 Дисперсия свойств тензорезисторов, вызванная их
нестабильностью
2.1.2.2 Дисперсия, вызванная различной жесткостью защемления детали
2.1.2.3 Дисперсия, вносимая погрешностью тарирования измерительного тракта
2.1.2.4 Дисперсии, определяемые замерами по стрелочному
прибору
2.2. Регистрация динамических процессов нагруженности деталей. Частотный, амплитудный и фазовый
анализ

2.2.1. Регистраторы. Магнитографы и цифровые накопители с аналого-цифровыми преобразователями
(АЦП)
2.2.2. Обработка данных измерений динамических
процессов
2.2.2.1. Погрешности при обработке динамических процессов с использованием аналового
анализа
2.2.2.2. Погрешности обработки динамических процессов при использовании аналого-цифровых преобразователей и при обработке экспериментальных данных в цифровых

2.2.2.3. Методы обработки амплитудных данных сложных колебаний
2.3. Методы усталостных испытаний деталей и образцов, замковых соединений лопаток
турбокомпрессоров
2.3.1. Резонансные усталостные испытания консольных лопаток турбин и компрессоров, элементов трубопроводов и других
деталей
2.3.2. Методы исследования собственных частот, форм и распределения напряжений при колебаниях деталей по высшим формам колебаний
2.3.3. Выбор типа вибростенда для усталостных испытаний
деталей
2.4 Метод усталостных испытаний лопаток турбокомпрессоров при случайных
нагрузках
2.5. Математические методы анализа результатов усталостных испытаний

2.5.1. Методы определения значений пределов
выносливости
2.6. Методы испытаний на усталость при высоких частотах (15000-20000Г ерц)и формах колебаний
деталей
2.7. Методы испытаний на усталость замковых соединений лопаток и дисков в условиях асимметрии
цикла
2.8. Методы ускоренных .усталостных
испытаний
3. Особенности вибрационной напряженности лопаток турбокомпрессоров ГТУ в стендовых и эксплуатационных условиях
3.1. Анализ вибрационной напряженности деталей ГТУ
3.2 Особенности спектра колебаний реальных лопаток ГТУ
3.2.1. Динамическая напряженность направляющих лопаток осевого компрессора
3.2.2 Динамическая напряженность рабочих лопаток
турбины
3.2.3. Демпфирование колебаний охлаждаемых лопаток
турбины
3.3 Влияние эксплуатационных факторов на вибрационную напряженность ’ лопаток силовых установок ГТУ летательных аппаратов
4. Усталостная прочность лопаток турбин и компрессоров транспортных ГТУ

где т - котангенс угла наклона кривой усталости к оси построенной в координатах /^ст - а - уровень переменных напряжений, N — число циклов нагружения.
В работе [1.40] выполнен расчет коэффициента В для широкого диапазона частот по результатам испытаний на усталость сталей и сплавов при повышенных температурах. Основная частота /, относительно которой вычислен коэффициент В, составляла 200 Гц.
На рис. 1.2 показана зависимость коэффициента В для жаропрочного сплава ЭИ617 при Т = 800°С на двух уровнях переменных напряжений 360 и 260 МПа. Зависимость нелинейная с максимумом значений В при / = 500-1000 Гц. Влияние длительности испытания начинает ощутимо сказываться при/ > 5000 Гц.
Влияние уровня напряжений в данном случае незначительное.
2000 4000 6
Рис. 1.2. Зависимость коэффициента В от частоты нагружения для сплава
ЭИ617 при Т = 800°С.
1 - = 260 МПа; 2 - = 360 МПа.
Литейные жаропрочные сплавы проявляют особенную
чувствительность к повышению частоты при нормальной температуре.
При частоте 1000 Гц и температурах 20 и. 900°С пределы
выносливости литейных сплавов повышаются только на 10 - 20%. Эти
результаты подкрепляют гипотезу о возможности локального разогрева